电力系统设备检修技术的发展.doc

电力系统设备检修技术的发展摘要：本文简要介绍了电力系统中设备检修技术发展的几个阶段。简要综述了这几个阶段中检修技术的特点；结合当今实际情况提出对现行的检修技术的看法；并展望了今后检修技术的发展方向。关键词：电力系统；检修技术前言 长期以来，供电企业的目标是建设“用最低成本及足够可用率输送电能的电力网络，同时一次及二次设备必须保持一定的可靠性水平。”因此，对设备进行检修是实现上述目标必不可少的重要条件之一；另外，电力行业走向市场后的各种压力以及不断增长的检修费用，使得世界各国在提高检修效率发面作了大量的研究工作，取得了较好的成绩。1 检修技术的变化在第二次世界大战结束后，尤其是近十几年来，检修技术一直在不断发展。这种变化是因为需要维护的设备的种类和数量大为增加，也是由于设计更为复杂、设备推陈出新以及其他新技术在电力系统中的应用的结果。1.1 第一阶段18世纪第一次产业革命时期，这个时期的大部分设备都比较简单，设计余量很大，这就使得设备易于修复。因此，这个阶段称为事后检修/故障检修。事后检修（BM，break maitenance），也称故障检修（CM，corrective maintenance），是最早的检修方式。这种检修方式以设备出现功能性故障为依据，在设备发生故障且无法继续运转时才进行检修。显然，这种应急检修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。1.2 第二阶段到第二次产业革命时期，随着社会化大生产对设备依赖性的增大，使得以预防为主的检修观念逐渐形成，称为预防性检修（PM，prevention maintenance）。预防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现以下7种方式：1）定期检修（TBM，time based maintenance）也称计划检修（SM，schedule maintenance）。这种检修方式以时间为依据，预先设定检修工作内容与周期。定期检修制度直到二战后，才被各国陆续地从军事工业移植到民用工业。中国电力工业的定期检修制度是20世纪50年代从苏联引入的。直到80年代，TBM仍是主流的检修制度。定期检修在保证重大机械设备正常工作中确实起到了直接防止或延迟故障的作用，但这种不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度的解体的维修方式，不可避免地会产生“维修过剩”、“维修不足”、“盲目维修”及临时性维修频繁等问题。不但造成设备有效利用时间的损失和人力、物力、财力的浪费，甚至会引发维修故障。据统计，1996年我国的100MW、125MW、200MW火电机组非计划停运与出力降低的责任原因，分别有36%、31%和41%是由于这种检修造成的。2）以可靠性为中心的检修（RCM，reliability centered maintenance）。RCM是一种以用最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平为目标的检修方式。该检修方式能比较合理地安排大修间隔，有效预防严重故障发生。RCM的研究始于20世纪60年代后期，最早应用于美国民航领域，采用RCM后，飞机的可用率和可靠性得到明显提高。从80年代起，RCM已推广至世界许多工业部门。电力工业则是从1983年开始研究，并于1984年由美国电力研究院（EPRI）将其用于核电厂的检修。到1997年，在美国排名前1000家的大公司中，已有68%的公司采用RCM的检修方法。 3）状态检修（CBM，condition based maintenance）或预知性维修（PDM，predi ctive diagnostic maintenance）。这种检修方式以机械设备当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势作出判断，从而确定各机件的最佳维修时机。状态检修始于1970年，由美国杜邦公司I.D.Quimn首先倡议。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的维修制度，它为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。但由于状态检修需要监测的内容多，投资大，并存在一定的风险，要能熟练地运用于设备维修还需要长时间地经验积累。4）故障查找（FF，fault find）。这种维修方式主要针对紧急备用设备，在固定的时间后启动这些设备，发现问题及时解决，以提高备用设备的可用率。5）使用至损坏再修（RTF，run to fault）。采用该方式进行修理的设备不控制送修，通常用于对安全无直接危害的3类故障：偶然故障；无规律性故障；故障损失小于维修费用的耗损故障。6）以寿命评估为基础的检修。状态检修应根据分析监控诊断资料先估计设备寿命，再确定检修项目、频度与检修内容。7）主动检修（PM，proactive maintenance）。从经济、寿命等多种因素考虑，重点在机械故障的识别和消除、故障原因的分析、通过延长发电厂机器寿命来获得最大的效益。2 各阶段主要技术内容及特点2.1 现行检修技术 电力设备维修常用的是定时检修和以定时检修为基础，根据经验决定延长或缩短维修周期的计划检修存在严重缺陷，如临时性维修频繁、维修不足或维修过剩、盲目维修等，已不能满足当今需要，需要发展新技术。2.2 RCM技术2.2.1 RCM的基本思想RCM对需要进行检修的设备及系统围绕下列七个问题开展工作：A）在现行的使用环境下，设备和系统的功能以及相关的性能指标是什么；B）什么故障情况下系统无法实现其功能；C）引起功能故障的原因是什么；D）故障发生是系统会出现什么情况；E）什么情况下故障至关重要；F）预防重要故障的发生可采取哪些检修措施；G）这些检修措施的效果和经济性如何。RCM整个过程可分为选择系统、收集资料、定义系统边界、确定系统说明与功能框图、分析系统功能与系统故障、逻辑树分析、选择检修方法等七个步骤。2.2.2 RCM的特点RCM与传统的预防性检修相比较A）以保持系统功能为检修目的，要求根据设备与系统功能之间的关系，区分设备的重要程序而分别对待；B）要求对会导致功能故障或功能丧失的设备故障模式进行识别；C）根据系统功能的重要性来确定检修资金的分配及检修计划安排的轻重缓急；D）根据检修结果和经济效益选择检修措施2.3 状态检修的技术问题2.3.1 状态检修与可靠性技术可靠性技术与风险评价技术在70年代至80年代开始应用于核电站等民用领域，到了80年代中后期，这一技术在电力行业中首先应用于电力系统规划、大电力系统可靠性分析、电力设备及部件可靠性评价领域。设备的可靠性与设备的维修密切相关，可靠性低的设备必然导致可用性的降低和维修的频繁发生。事实上，维修工作也只能使设备维持或接近由设计和制造所决定的固有可靠性，而状态检修就是要在了解设备健康状态的前提下通过检查、维护、修理乃至更新，以最小的代价保持或恢复系统及设备的固有可靠性水平。可靠性分析是状态检修的一个重要内容。通过可靠性分析，可确定设备或系统的薄弱环节、关键部位、应采取的措施等，同时可确定检修对象的各种可能的潜在性故障，揭示各种故障模式及其内部的联系，指导故障诊断和维修方案的制定，确定系统检测装置的最佳配置，还可以为后勤保障、管理人员的工作提供指导。2.3.2 状态检修与寿命评价技术在复杂载荷和环境条件下工作的设备及其零部件，如锅炉汽包、汽轮机转子等，由于磨损、腐蚀、蠕变和疲劳破坏等原因，其使用寿命是有限的。如何控制设备寿命损耗，合理分配和使用设备寿命，延长设备实际使用期限，以及参照寿命监测结果来指导启停、运行和状态检修，都涉及到对设备寿命的评价。状态检修中检修实施间隔的确定与设备寿命损耗是直接相关的。在以往的设备管理工作中，一般最初检修期凭经验估计，通过长期的资料积累，可逐步做到叫准确估计其寿命，以便在最恰当的时机完成检修工作。在无法采取统计方法时，寿命探索可以说是最佳方案。当然这需要较长的时间和一定的代价。但一般来说，采用统计数据确定寿命与可靠性的关系，可能需要的时间会更长。目前，随着计算机技术的发展，可以利用数值试验和数字仿真来估计设备的寿命损耗，这对那些不能进行全尺寸试验或不便进行寿命探索的大型设备尤其有用。对寿命问题的研究可以从以下3个方面协助电厂开展检修工作：a）从提高可用率与延长寿命出发，确定关键设备与系统的改进、检修工作方向；b）确定关键设备与部件的检验项目、检验时间间隔和检修准则；c）提出设备部件更换的最佳周期。2.3.3状态检修与设备监测诊断技术设备监测与诊断问题是状态检修的核心问题。监测与诊断的理论基础非常宽阔，可以分为2个大的方面：一个是领域理论基础，另一个是系统理论基础。领域理论基础包括被监测诊断对象的专业理论，如对火电厂而言，包括锅炉、汽轮机、发电机、热力系统、电气系统、热工控制、电厂化学等理论基础。而系统理论基础包括传感和检测技术、信号处理技术、计算机和网络技术、可靠性理论、信息论、系统论、仿真技术、人工智能等理论基础。监测与诊断的技术手段是现代化的测试仪器、计算机系统和软件。具体内容是监测设备状态、检测异常情况、分析和预测状态变化趋势、诊断和识别故障及其原因。目前常用于状态检修的监测与诊断技术有：a） 振动监测与诊断（轴系振动、扭振、管道振动监测诊断等）；b） 声波监测与诊断（声发射和超声发射诊断等）；c） 油液分析、监测与诊断（铁谱、光谱、色谱诊断等）；d） 应力/应变监测与诊断（转子热应力、动应力监测与诊断）；e） 位移和位置监测与诊断（膨胀监测、阀位监测等）；f） 温度监测与诊断（红外线热成像诊断等）；g） 核射线监测与诊断（CT、成分分析等）；h） 电气参数监测与诊断（局部放电监测、铁芯电流监测等）；i） 化学分析、监测与诊断（氢纯度、氧量监测等）；j） 综合监测与诊断（综合性能计算、监测数据、专家知识等的诊断）。状态监测与故障诊断技术对设备维修的意义是：在故障为发生之时，充分掌握设备工作状况和运行趋势，指导操作人员进行调控，确保设备效能的有效发挥，尽可能减少故障发生的几率。而在故障将要发生或已经发生时，给出相关指导信息，指导运行操作，以使故障不发生或使其影响最小，并使维修决策和维修目的明确，方法科学，经济合理。2.4 状态检修与仿真技术 目前国内电力行业用于培训或研究的仿真装置已有不少，将仿真技术与设备状态检修技术进行结合，有望取得更大的经济效益和技术突破。在设备状态检修中应用仿真技术有可能做到： 通过对系统或设备的性能与状况进行仿真，更充分地了解设备，研究各种运行条件下设备所处的不同状态，找出相应的关键部位和薄弱环节，以便采取预防措施：仿真各种故障的影响，趋势及事故后果；仿真各种检修方式的实施效果，尽可能减少盲目维修；仿真检修后的设备可靠性和性能状况；替代部件破坏性试验，积累设备故障数据；仿真预期的检修对整个电力系统可靠性的影响。2.5 状态检修与智能决策应用计算机辅助决策技术和数据库技术，可把电厂的所有操作运行和检修信息综合在一起，针对一个决策目标体系，形成以单个设备或整个系统为单元的决策工具，在状态检修应用过程中，供系统工程师、检修工程师和电厂管理人员使用。这一工具可以将检修计划安排、历史数据、操作参数、诊断分析数据综合到数据库中，设定基本的警戒线，及时提示检修管理人员按设备状态执行全面的检查和维修。数据管理和智能决策可以通过检修工作站实现，它对收集到的各种数据进行分析，分析各个设备潜在故障及其根本原因，分析各个设备的运行趋势，提交诊断结果，同时对操作、检修历史、警告信息、投资收益进行分析，作出正确的检修决定。使用人员可以在检修工作站的计算机上看到决策模块所提供的趋势、警告、诊断和分析报告，并对某一特定的设备的检修标准进行修改。这一技术的运用可以杜绝检修决策的主观性和随意性，减少决策失误的可能性，规范状态检修工作程序，并使决策过程更快，重复劳动减少。3 结束语检修技术正向RCM及状态检修方向发展，而RCM也可以认为是一种状态检修。但RCM与状态检修在规划选择状态监控的对象、选择诊断手段时的准则倾向有所不同。状态检修侧重于检修成本考虑规划原则，而RCM注重从系统可靠性分析的结果选择状态监测对象和诊断技术。参考文献1）扬杰 以可靠性为中心的检修在电力系统中的引用 山西电力技术 1999 05 2）黄树红 火电厂设备状态检修 湖北电力 1999 01 52-563）黄树红 电气设备状态检修 湖北电力 1998 03 56-604）丁明、冯勇青 发电机组检修计划的可靠性和经济性研究 中国电力 2001.75）杜延令 发电厂推行电气设备状态检修的方法探讨 山东电力技术 2001.16）应高亮 高压电气设备状态检修的探讨 浙江电力 1999.02 32-347）孙惟东、陆一春 发电设备实施状态检修的思考 华东电力 2000.04 37-398）许晴、王晶、高锋、束红春 电力设备状态检修技术研究综述 电网技术 2000.08 46-509）赵雹德 电力企业的状态检修与优化检修 四川电力技术 1998.01 25-2810）刘开敏 国外电力设备检修管理技术动态 中国电力 1997.03 35-3911）高宾、王金强 电力系统主要电力设备状态检修策略研究 天津电力技术2001.01 27-3012）应伟国、章碧辉、邵光军 送电线路状态检修的探索 浙江电力 2001.0313）林礼青 水电厂设备在线监测与状态检修 中国电力 2001.11 24-27